本发明公开了一种叠加式生物脱氮污水处理工艺及装置，污水经初沉池通过配水系统分配至由多组缺氧池和好氧池交叉串联组成的叠加系统中的缺氧池首端，污水依次流经缺氧池、好氧池，最后由末组好氧池的出水口流入二沉池；在二沉池经泥水分离后，出水排至出水口，污泥一部分经污泥回流系统回流至首组缺氧池首端，剩余部分污泥经污泥排放系统排至污泥干化处理系统。本发明充分利用原污水中的有机碳源，节省了硝化液内回流设施，节约能源，减小了池容，降低基建费用，而且具有高效的脱氮效率；适用于新建和改、扩建的高氨氮污水及市政污水处理工程，可减少洪峰流量时对污泥的冲刷，增强系统的耐冲击负荷能力，节省基建和运行费用，提高总氮的去除效率。